Черепахи — один из четырех современных отрядов пресмыкающихся, ископаемые останки которых прослеживаются на протяжении более 250 миллионов лет. Экологически черепах подразделяют на морских и наземных, а наземных, в свою очередь, на сухопутных и пресноводных. Распространены в тропической и умеренной климатических зонах почти по всей Земле и живут как в воде, так и на суше.
Эти жесткие структуры начали формироваться до длинной эры господства динозавров и имели специфическое назначение.
Давайте отправимся на 260 миллионов лет назад, во время прямо перед рассветом эры динозавров. Перенесемся туда, что сейчас является Южной Африкой и подойдем к берегу реки. Теперь давайте подождем. Если вам повезет, вы сможете увидеть маленькое, размером с руку создание, тыкающееся головой в грязь. Оно выглядит словно толстая ящерица, с выпяченными боками и коренастыми ногами. Но если вам удастся схватить и перевернуть его, то вы увидите, что бока выпуклые из-за чрезвычайно широких и плоских ребер, которые подкреплены нижними конечностями. Выглядит это так, будто у этого маленького существа есть половина панциря.
Это эунотозавры, и, несмотря на свою схожесть с ящерицами, на самом деле они являются одним из самых ранних известных видов черепах.
Это было обнаружено в 1892 году и игнорировалось почти столетие. Но изучая множество останков данной загадочной рептилии, Тайлер Лойсон из музея природы и науки Денвера разработал новую захватывающую идею о происхождении черепах. Он думает, что их знаменитый панцирь эволюционировал не для защиты, а для копания. Они были подкреплены мощными лапами, необходимыми для передвижения почвы и песка. Задолго до того, как черепахи стали неприступными ходячими крепостями, они были профессиональными землекопами.
В течение почти столетия биологи спорили о том, как черепахи обрели свои панцири — дебаты шли почти также долго и нудно, как передвигаются сами существа. Палеонтологи в основном утверждали, что панцири эволюционировали из костистых образований, называемых остеодермы, которые также отвечают за броню крокодилов, броненосцев и множества динозавров. Эти образования просто расширились и слились с ребрами и позвоночником, создав прочное укрытие. Но отногенетики были несогласны. Изучая современные эмбрионы черепах, они сделали вывод, что панцирь эволюционировал из ребер, которые расширялись и в конце-концов соединились.
Не очень содействовало продвижению исследований и то, что в течение долгого времени самым старым из известных видов черепах было существо под названием Проганохелис, которое уже обладало полностью развитым (и очень колючим) панцирем, и соответственно не могло рассказать нам о том, как эта структура появилась.
Все изменилось в 2008, когда китайские исследователи обнаружили черепаху возрастом 220 миллионов лет с панцирем, закрывавшим только верхнюю часть. Они назвали его Odontochelys semitestacea — или, если литературно «зубастая черепаха с половиной панциря». Это было красивое, промежуточное ископаемое, на которое ученые и рассчитывали. И поразительно, что оно совсем не обладало остеодермом. Но действительно, однако, имело очень широкие ребра. Онтогенетики были правы!
фото: http://dneprcity.net/wp-content/uploads/2018/08/drevnyaya-cherepaha.jpg
После того, как палеонтологи узнали, как может выглядеть промежуточный вид черепах, они обнаружили новый вид, Pappochelys. Они также добавили уже существующие окаменелости к виду Эунторозавров, и ирония заключается в том, что ранее эти останки не считали черепахами как раз из-за нехватки остеодермы. С помощью этих окаменелостей, ученые смогли реконструировать эволюцию панциря.
Сначала нижние ребра стали шире и слились друг с другом, образовав половину панциря — пластрон. Затем верхние ребра последовали их примеру и слились с позвоночником, сформировав панцирь (и это, кстати, означает, что, в отличие от мультфильмов, вы не можете вытащить черепаху из ее скорлупы). В конце-концов, через сложное эволюционное оригами, ребра начали расти над лопатками а не под ними, как в вас, мне и большинстве других наземных позвоночных.
Это объясняет то, как появился панцирь. «Для меня следующим вопросом был: почему он появился?» говорит Лойсон «И есть две огромных причины того, почему его не должно было быть».
Во-первых, ребра и связанные с ними мышцы помогают сокращаться легким. Если вы расширите и сольете свои ребра, вы ограничите вашу способность дышать. Рептилии используют ползучее передвижение и поэтому они наклоняются из стороны в сторону, чтобы увеличить длину своего шага. Они эффективно передвигаются всем своим туловищем, что вы можете наблюдать в этом видео передвигающегося дракона Комодо. Но широкие сросшиеся ребра мешают наклоняться, и поэтому черепахи передвигаются только с помощью конечностей. Отчасти поэтому это удается им так медленно. Какую выгоду может предоставить панцирь, чтобы компенсировать недостатки в дыхании и ходьбе?
«Когда я посещал посвященные черепахам конференции и беседовал с людьми, они автоматически говорили, что панцирь — для защиты» вспоминает Лойсон. «Но это никогда не имело никакого смысла».
Современные панцири, безусловно, способствуют мощной защите, но широкие ребра Эунтозавров и Pappochelys этого не делают. Они даже не закрывают головы, шеи и спины созданий. Если защита была столь важна, гораздо больше смысла было последовать по пути эволюции остодермы, происходившему у крокодилов и броненосцев, которая к тому же не мешала им ходить и дышать.
Таким образом, для объяснения эволюции черепашьего панциря нам необходимо объяснить, почему у них сначала стали расширяться ребра, несмотря на значительные усилия, потраченные на это. Лойсон предложил свежий ответ, изучив большое количество останков Эунтозавров. Один из образцов, который недавно был обнаружен восьмилетним мальчиком в Южной Африке, был особенно важным, потому что в нем сохранилось тело существа целиком, включая верхние и нижние конечности.
Лойсон заметил, что у Эунтозавров было много особенных черт. Они обладали коротким черепом в форме лопаточки. Верхние конечности были крупнее и выносливее чем нижние. Лопатки и предплечья имели большие точки крепления, особенно для трицепсов, которые позволяли ему двигать верхние конечности назад с особой силой. Вкратце, он выглядел как копатель. Теперь ребра стали иметь смысл: Они укрепляли передние конечности, которые отбрасывали землю. Они были новаторами в землекопании.
Он сравнивает черепаший панцирь с птичьими перьями — сложными структурами, которые эволюционировали не для нынешней функции
Те же черты могли бы сформировать и мощных пловцов, но Лойсон обнаружил, что Эунтозавры имеют две особенности, необходимые для копания, но не нужные для плавания: большие когти для разрыхления почвы и утолщенные кости для выдерживания компрессии. И действительно, когда Лойсон рассмотрел конечности в разрезе, он обнаружил, что передняя пара была снабжена супертолстыми костями, в отличие от задней. Опять же, все признаки указывают на специалиста по копанию.
Эунтозавров часто находят рядом с прудами и речными берегами, однако они жили в то время, когда Южная Африка была сухой. Возможно, они зарывались, чтобы избежать засухи, покидая непредсказуемую среду на поверхности в поисках более стабильной под ней. Строение их глаз соотносится с этой идеей. Еще один недавно обнаруженный образец Эунтозавра сохранил изогнутые кольца — костные дуги, которые обрамляют глазницы. Измерив их, Лойсон сделал вывод, что у существа были маленькие глаза, вероятно не чувствительные к свету. Ученый интерпретирует эти данные как доказательство того, что оно жило в основном под землей.
«Это условность» — говорит Жанетт Винекен из Университета Флорида Атлантик. «Чувствительность к свету — в основном функция сетчатки, а ее образцы не сохранились, поэтому подобная интерпретация широкой кости вызывает у меня беспокойство». Но она находит более убедительными доводы Лойсона о конечностях Эунтозавтра. «Будут ли еще продолжаться споры об этом? Несомненно».
«Эунтозавры точно были копателями» говорит Райнер Шох из Государственного музея естественной истории в Штутгарте. «Большой вопрос в том, являлись ли копателями также ранние черепахи с частично сформировавшимся щитом — Pappochelys и Odontochelys. Это очень важно знать, потому что они представляют собой этапы, в ходе которых формировался панцирь. Лойсон отмечает, что эти другие черепахи также имели гигантские верхние конечности с длинными когтями, и ему пришлось изучить кости в разрезе, как он сделал это с Эунтозаврами, чтобы действительно установить, что и они были копателями.
После того, как черепахи обрели свои инструменты для копания — широкие ребра и мощные передние конечности — они смогли получить легкий доступ к воде, у которой до сих пор процветают многие современные виды. И они могли расширить свои ребра еще больше, получив и защитную функцию. «Ребра достаточно скучны», — говорит Лойсон. – «От змей до китов, они везде одинаковые потому что они слишком интегрированы с дыханием. Но как только ребра стали свободны от этого ограничения, они смогли использовать функцию панциря».
Это было очень полезно, потому что те же адаптации, которые сделали ранних черепах хорошими копателями, также сделали их медленными. «Причиной селективного давления и формирования защитных структур могло быть медленное передвижение, что в свою очередь являлось результатом более широких ребер» говорит Джуди Цебра-Томас из университета Миллерсвилль.
Черепаший панцирь с тех времен является прекрасным примером экзаптации — эволюционного процесса, в ходе которого какая-либо черта развивается для одной функции, а затем начинает служить для другой. Панцирь появился как инструмент для копания, а затем стал броней. Еще один пример — перья. В настоящее время они помогают птицам летать, но, вероятно, изначально были способом сохранить тепло или использовались для подачи сигналов для товарищей и врагов.
«Изменение в структуре тела может обеспечить селективное преимущество, основанное на текущих способностях, но не на будущих», — говорит Цебра-Томас. – «Это очень важно, и не только для понимания эволюции черепах».
Ссылки: https://theidealist.ru/turtles/, Theatlantic
Главное фото: http://kakzachem.ru/wp-content/uploads/2016/11/7-195.jpg
